CN112214352B - 一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，提供了一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置，具体为一种基于Ethernet/IP的汽车主焊线焊机设备数据自动备份方法及装置，能够有效的解决机器人主焊线上的设备数据备份难题，提升数据的备份效率；基于工业以太网协议(EtherNet/IP)对车身自动化焊接线上的多台焊机进行组网，通过在设备端增加数据处理单元实现与备份服务器的数据通信，再经由备份服务器进行缓存处理，按照规定的格式存储至备份服务器，从而提供给上级系统进行访问。

Description

一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置。
背景技术
近年来，随着工业自动化水平的不断提高和汽车市场的飞速发展，机器人自动化生产线在汽车制造中的应用日益普遍；目前，在国内大部分汽车主机厂，自动化焊装生产线已经逐渐替代了人工焊接生产线；电阻点焊设备作为焊装生产线上的关键设备，为了适应工业自动化的迅速发展，其功能也在不断的完善和扩展，其中，电阻焊机的各项参数备份和还原功能对于设备的可靠性和数据保护具有重要意义，在传统的人工焊接生产线上，数据的备份一般由设备操作人员或专人按照规定的备份周期进行手动备份操作，当设备出现参数错误或是更换设备主板后，再手动进行数据还原；然而，该方法如果应用在机器人自动化生产线上，则会存在以下几点问题：
设备的数据备份一般包括焊接工艺规范，修磨规范和设备信息及标定系数等，相较于人工焊机设备只有10套左右焊接规范，用于机器人生产线的焊机设备往往需要用到256套焊接规范甚至更多，其中涉及近百个工艺参数，这就导致了机器人焊机设备需要备份的数据量远远大于人工焊机设备，在不对数据做任何处理的情况下单台设备的备份时间可能会达到几分钟，对于自动化生产线来说，如果安排专人按照指定的周期去对电阻焊设备进行逐台备份，大量的数据备份传输无疑会严重影响网络内其他实时生产数据的传输，造成网络拥塞，影响生产节拍，甚至导致停产；
上述1中设备单次备份的数据量较大，但汽车焊装生产的工艺特性，在单个备份周期内，每一套工艺参数都修改了的可能性很低，这就导致了在每一次备份中可能存在对一些规范和参数的重复备份，造成了网络资源的浪费。
一些人工焊机设备只能将数据备份在设备内部的存储芯片上，设备间的数据不能互通，形成了一个个“数据孤岛”，不能实现数据的互联互通和共享，同时也增加了数据丢失的风险，这违背了自动化高度集成化，智能化的理念，难以应对自动化发展的需要。
因此，需要一种新的技术方案解决上述技术问题。
发明内容
针对现有的技术不足，本发明提出一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置，具体为一种基于Ethernet/IP的汽车主焊线焊机设备数据自动备份方法及装置，能够有效的解决机器人主焊线上的设备数据备份难题，提升数据的备份效率。
一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法，步骤如下：
S1：对自动备份的执行周期进行预先设定；
S2：自动备份功能启动后，焊机设备内部备份计时器启动，当焊机设备达到设定的备份周期时，首先判定焊机设备是否正在执行其他数据传输任务，如果是，则备份任务暂停，重新开始执行S1；如果否，焊机设备向备份服务器发送备份请求；
S21：备份数据处理，生成数据大纲；
S21.1：对备份数据进行预处理；所述对备份数据进行预处理具体包括：
S21.1.1：数据筛选；
S21.1.11：附加一额外的参数用于记录自动备份周期内焊接编程规范对应的规范号是否进行过修改；
S21.1.12：在每一次自动备份过程完成后，将所有焊接编程规范均被标记为不需要备份，
S21.1.13：当在自动备份过程完成后的周期内，某个焊接参数被修改后，其对应的规范号被标记为需要备份；
S21.1.14：下一次自动备份时对每一套焊接规范的焊接参数进行遍历，只提取标记为需要备份的焊接规范号及其对应的焊接参数加入到待发送数据列表中；
S21.1.15：接收焊接备份成功信号后，再次将所有焊接规范的规范号标记为否；
S21.1.2：数据压缩；
S21.1.21：判断数据类型，
数据类型包括与焊接参数相关的数值型或布尔型参数和不定长字符串组合而成的数据类型；
S21.1.22：根据不同的数据类型进行相应的数据压缩，
焊接参数相关的数值型或布尔型参数，数值型参数包括整数、一位小数和两位小数三种形式，针对该类数据统一采用固定位长压缩算法，根据不同的数据类型进行16位压缩编码或是2位压缩编码；
不定长字符串组合而成的数据类型，采用哈夫曼压缩算法基于每一个字符的出现概率对字符编码的长度进行了无损压缩。
S21.1.3：数据生成；
经过数据筛选和压缩后得到需要发送的全部数据内容，所有数据内容均按照约定的固定排列顺序进行传输，数据内容按照焊接编程规范、修磨规范、设备标定参数和设备信息的顺序排列，各项内容的参数按照规定的顺序进行排列，备份服务器内将各项参数名称作为键值预先建立对应的数据存储字典；
S21.1.4：数据大纲生成；
S21.1.41：发送数据前，焊机设备向备份服务器发送一个数据生成大纲，数据大纲主要包括备份数据的长度，备份规范条目号、哈夫曼压缩编码表；
S21.1.42：备份服务器接收到数据大纲后，立即对大纲内容进行解析并生成对应的数据目录字典等待数据填充；
S22：焊机设备发送备份请求及备份大纲至备份服务器；
S3：备份服务器接收备份请求并响应；
S4：焊机设备发送备份数据至备份服务器，备份服务器开始进行备份处理；
S5：数据传输完成后，备份服务器会对数据的完整性和准确性进行数据长度校验和求和校验；若校验错误，通知焊机设备对数据进行重发，返回到S4；若数据校验无误，备份服务器便会对接收到的数据内容进行解析，解析完成后的焊接参数备份数据存入到备份数据库当中，数据自动备份成功。
进一步的，所述 S5 还包括
S51：若校验错误，则会通知焊机设备对数据进行重发，当多次重发依然校验错误且超过了预先设定的最大重发次数后，备份服务器将丢弃接收到的全部数据，备份服务器发出报警提示通知给上位系统。
一种基于 Ethernet/IP 的焊机设备数据自动备份方法的自动备份装置，包括：
数据处理系统（1）：用于实现与备份服务器的数据通信；
数据备份服务器（2）：用于对备份数据进行缓存处理；
备份数据库（3）：按照规定的格式对备份数据进行存储；
上位系统（4）：对备份数据进行调用。
进一步的，所述数据处理系统（1）包括微处理器，所述微处理器分别连接网卡芯片、网络接口、数据接口、电源电路、存储器。
进一步的，所述数据接口包括总线数据接口、SW 数据接口。
进一步的，所述存储器括同步动态随机存取内存、NAND FLASH 存储器。
由于采用了上述技术方案，本发明提出一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置，具体为一种基于Ethernet/IP的汽车主焊线焊机设备数据自动备份方法及装置，能够有效的解决机器人主焊线上的设备数据备份难题，提升数据的备份效率；基于工业以太网协议（EtherNet/IP）对车身自动化焊接线上的多台焊机进行组网，通过在设备端增加数据处理单元是实现与备份服务器的数据通信，再经由备份服务器进行缓存处理，按照规定的格式存储至备份服务器，从而提供给上级系统进行访问。
附图说明
图1是本发明的自动备份功能的逻辑框图；
图2是本发明的数据压缩的具体执行流程图；
图3是本发明的自动备份装置的结构示意图；
图4是本发明的数据处理系统的结构示意图；
1、数据处理系统 2、数据备份服务器 3、备份数据库
4、上位系统 5、焊机设备。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
需要注意的是，本发明中提及的各安装方式及各技术术语，都是所属技术领域中早已明确知晓的技术用语，故不再做过多解释。此外，对于相同的部件采用了相同的附图标记，但这并不影响也不应构成本领域技术人员对技术方案的准确理解。
实施例一：
本发明提供了一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法，步骤如下：
S1：对自动备份的执行周期进行预先设定；具体为在自动备份功能开始前，首先需要通过焊机设备的外部编程或是上位机编程软件对自动备份的执行周期进行预先设定；
S2：自动备份功能启动后，焊机设备内部备份计时器启动，当焊机设备达到设定的备份周期时，首先判定焊机设备是否正在执行其他数据传输任务，如焊接过程监控曲线等；如果是，则备份任务暂停，等待其他数据传输任务的执行，重新开始执行S1；如果否，焊机设备向备份服务器发送备份请求，进入此次的备份过程；
S3：服务器接收备份请求并响应；具体的，所述S2和S3之间还包括S21和S22：
S21：备份数据处理，生成数据大纲；
S22：焊机设备发送备份请求及备份大纲至备份服务器。
备份服务器接受备份请求，会依据数据大纲中的内容创建一个空的备份数据表，然后响应数据备份请求，通知焊机设备可以开始发送数据，焊机设备发送备份请求及备份大纲至备份服务器；
S4：焊机设备发送备份数据至备份服务器，备份服务器开始进行备份处理；
S5：数据传输完成后，备份服务器会对数据的完整性和准确性进行数据长度校验和求和校验；若校验错误，通知焊机设备对数据进行重发，返回到S4；若数据校验无误，服务器便会对接收到的数据内容对照数据大纲进行解析，解析完成后即得到完整的焊接参数备份数据，并存入到备份数据库当中，此次数据自动备份成功；作为一种优选方案，无论数据自动备份成功与否，备份服务器都会发送对应的结果至焊机设备，并将备份情况添加到服务器数据备份日志当中。
实施例二：
本实施例与实施例1不同的地方在于，本实施例中为了降低数据的传输量，减轻网络通信压力，还包括对备份数据进行预处理，更具体地，预处理的过程可以分为数据筛选、数据压缩、数据生成和数据大纲生成四个部分，当数据处理完成后，焊机设备首先会通过EtherNet/IP网络向数据备份服务器发送数据备份请求和数据大纲，数据大纲中包含一些基本的焊接数据备份信息。
具体为，所述S2和S21之间包括S21.1：对备份数据进行预处理。
更具体地，为了减轻网络负载压力，提升数据的备份速率，需要对所有的备份数据进行处理后在发送至备份数据服务器，处理的过程主要分为以下几个步骤，即所述数据预处理具体包括：
数据筛选；
由于在每一个固定的数据自动备份周期内，可能并不是每一条焊接编程规范都进行过修改，所以不需要再重复发送这些数据；为了记录焊接编程规范是否进行过修改，在焊机设备内部存储焊接规范时，附加一个额外的参数，用来标记在该周期对应规范号的焊接参数是否需要备份；其逻辑为：每一次自动备份过程完成后，所有焊接编程规范均被标记为不需要备份，当在该周期内，某一个焊接参数被修改后，其对应的焊接规范被标记为需要备份，当进行下一次自动备份时，首先对每一套焊接规范的“是否需要备份”参数进行遍历，只提取标记为需要备份的焊接规范条目及其对应的焊接规范号加入到待发送数据列表中，当焊机设备收到焊接备份成功信号时，再一次将所有焊接规范的“是否需要备份”参数标记为否；备份服务器在存储每一台焊机设备的焊接规范到备份数据库时，除了保存必要的焊机设备编号、设备IP、具体参数值，还会记录每一套焊接规范最后一次的备份时间，这样管理人员便可以通过查询备份数据库的内容，了解到每一套焊接规范的最近一次修改是在什么时间。
数据压缩；
由于在自动备份过程中，其所用时间中大部分时间是数据在基于EtherNet/IP协议的工业以太网中传输的耗时，故为了进一步降低数据的传输时间，需要引入数据压缩算法对经过数据筛选后需要发送的数据进行压缩。数据压缩算法主要根据数据类型的不同进行区分自动备份中所涉及到的数据类型主要分为两类，第一类是与焊接参数相关的数值型或布尔型（是/否、启用/不启用等）参数，其中数值型参数包括整数、一位小数和两位小数三种形式；针对该类数据统一采用固定位长压缩算法，根据不同的数据类型进行16位压缩编码或是2位压缩编码，第二类数据则是如车辆编码、焊点编号、操作人员编号等以不定长字符串组合而成的数据类型，针对该类数据采用哈夫曼压缩算法（Huffman compression）基于每一个字符的出现概率对字符编码的长度进行了无损压缩，具体整个数据压缩的具体执行流程如图2所示。
数据生成；
经过数据筛选和压缩后便得到了需要发送的全部数据内容，为了便于备份数据库的数据还原和不同设备间的数据同步，所有数据内容均按照约定的固定排列顺序进行传输，数据内容按照焊接编程规范、修磨规范、设备标定参数和设备信息的顺序排列，各项内容的参数按照规定的顺序进行排列，备份服务器内将各项参数名称作为键值预先建立对应的数据存储字典。
数据大纲生成；
为了确保数据传输的完整性和可靠性，在发送数据前，焊机设备首先向备份服务器发送一个数据生成大纲，数据大纲主要包括备份数据的长度，备份规范条目号、哈夫曼压缩编码表等；备份服务器在接收到数据大纲后，立即对大纲内容进行解析并生成对应的数据目录字典等待数据填充。
实施例3：
本实施例与实施例2不同的地方在于，所述S5还包括S51:若校验错误，则会通知焊机设备对数据进行重发，当多次重发依然校验错误且超过了预先设定的最大重发次数后，备份服务器将丢弃接收到的全部数据，备份服务器发出报警提示通知给上位系统，以便管理人员对网络情况进行排查；本实施例可以避免备份数据发生错误，影响整个焊机设备的正常运行。
实施例4
本实施例还包括一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份装置，包括：
数据处理系统1：用于实现与备份服务器的数据通信；
数据备份服务器2：用于对数据进行缓存处理；
备份数据库3：按照规定的格式对数据进行存储；优选地，备份数据库采用主流关系型数据库MS SQL Server或MySQL等；
上位系统4：对数据进行调用；所述上位系统4优选采用MES系统。
其中，所述数据处理系统1通过内部总线通信与焊机设备5进行连接，数据处理系统1通过Ethernet/IP网络与数据备份服务器2连接，通过Ethernet/IP网络实现数据的备份或还原；所述数据备份服务器2与备份数据库3连接，备份数据库3与上位系统4连接，用于实现对备份数据的调用。
作为一种优选方案，所述数据处理系统1包括微处理器，所述微处理器分别连接网卡芯片、网络接口、数据接口、电源电路、存储器、其他电路连接；更优选地，所述微处理器采用基于ARM Cortex-M的微处理器芯片，所述网卡芯片采用高速网卡芯片、所述网络接口采用以太网接口。
作为一种优选方案，所述数据接口包括总线数据接口、SW数据接口。
作为一种优选方案，所述存储器包括同步动态随机存取内存（SDRAM）和NANDFLASH存储器。
由于采用了上述技术方案，本发明提出一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置，具体为一种基于Ethernet/IP的汽车主焊线焊机设备数据自动备份方法及装置，能够有效的解决机器人主焊线上的设备数据备份难题，提升数据的备份效率；一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法，对自动备份的执行周期进行预先设定；自动备份功能启动后，当焊机设备达到设定的备份周期时，首先判定焊机设备是否正在执行其他数据传输任务，如果是，则备份任务暂停，等待其他数据传输任务的执行，如果否，焊机设备向备份服务器发送备份请求；服务器接收备份请求并相应；焊机设备发送备份数据至备份服务器，备份服务器开始进行备份处理；数据传输完成后，备份服务器会对数据的完整性和准确性进行数据长度校验和求和校验；一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份装置，基于工业以太网协议（EtherNet/IP）对车身自动化焊接线上的多台焊机进行组网，通过在焊机设备端增加数据处理单元是实现与备份服务器的数据通信，再经由备份服务器进行缓存处理，按照规定的格式存储至备份服务器，从而提供给上级系统进行访问；本发明基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法及装置，能够有效的解决机器人主焊线上的设备数据备份难题，提升数据的备份效率，降低出错率，提高整个焊机设备的工作效率。
对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于Ethernet/IP的焊机设备数据自动备份方法，其特征在于，步骤如下：
S1：对自动备份的执行周期进行预先设定；
S2：自动备份功能启动后，焊机设备内部备份计时器启动，当焊机设备达到设定的备份周期时，首先判定焊机设备是否正在执行其他数据传输任务，如果是，则备份任务暂停，重新开始执行S1；如果否，焊机设备向备份服务器发送备份请求；
S21：备份数据处理，生成数据大纲；
S21-1：对备份数据进行预处理；所述对备份数据进行预处理具体包括：
S21-1-1：数据筛选；
S21-1-11：附加一额外的参数用于记录自动备份周期内焊接编程规范对应的规范号是否进行过修改；
S21-1-12：在每一次自动备份过程完成后，将所有焊接编程规范均被标记为不需要备份；
S21-1-13：当在自动备份过程完成后的周期内，某个焊接参数被修改后，其对应的规范号被标记为需要备份；
S21-1-14：下一次自动备份时对每一套焊接规范的焊接参数进行遍历，只提取标记为需要备份的焊接规范号及其对应的焊接参数加入到待发送数据列表中；
S21-1-15：接收焊接备份成功信号后，再次将所有焊接规范的规范号标记为不需要备份；
S21-1-2：数据压缩；
S21-1-21：判断数据类型，数据类型包括与焊接参数相关的数值型或布尔型参数和不定长字符串组合而成的数据类型；
S21-1-22：根据不同的数据类型进行相应的数据压缩，焊接参数相关的数值型或布尔型参数，数值型参数包括整数、一位小数和两位小数三种形式，针对该类数据统一采用固定位长压缩算法，根据不同的数据类型进行16位压缩编码或是2位压缩编码；
不定长字符串组合而成的数据类型，采用哈夫曼压缩算法基于每一个字符的出现概率对字符编码的长度进行了无损压缩；
S21-1-3：数据生成；
经过数据筛选和压缩后得到需要发送的全部数据内容，所有数据内容均按照约定的固定排列顺序进行传输，数据内容按照焊接编程规范、修磨规范、设备标定参数和设备信息的顺序排列，各项内容的参数按照规定的顺序进行排列，备份服务器内将各项参数名称作为键值预先建立对应的数据存储字典；
S21-1-4：数据大纲生成；
S21-1-41：发送数据前，焊机设备向备份服务器发送一个数据大纲，数据大纲主要包括备份数据的长度，备份规范条目号、哈夫曼压缩编码表；
S21-1-42：备份服务器接收到数据大纲后，立即对大纲内容进行解析并生成对应的数据目录字典等待数据填充；
S22：焊机设备发送备份请求及数据大纲至备份服务器；
S3：备份服务器接收备份请求并响应；
S4：焊机设备发送备份数据至备份服务器，备份服务器开始进行备份处理；
S5：数据传输完成后，备份服务器会对数据的完整性和准确性进行数据长度校验和求和校验；若校验错误，通知焊机设备对数据进行重发，返回到S4；若数据校验无误，备份服务器便会对接收到的数据内容进行解析，解析完成后的焊接参数备份数据存入到备份数据库当中，数据自动备份成功。
2.根据权利要求 1 所述的一种基于 Ethernet/IP 的焊机设备数据自动备份方法，其特征在于，所述 S5 还包括
S51：若校验错误，则会通知焊机设备对数据进行重发，当多次重发依然校验错误且超过了预先设定的最大重发次数后，备份服务器将丢弃接收到的全部数据，备份服务器发出报警提示通知给上位系统。
3. 采用权利要求 1 至 2 任一项权利要求所述的一种基于 Ethernet/IP 的焊机设备数据自动备份方法的自动备份装置，其特征在于，包括：
数据处理系统（1）：用于实现与备份服务器的数据通信；
数据备份服务器（2）：用于对备份数据进行缓存处理；
备份数据库（3）：按照规定的格式对备份数据进行存储；
上位系统（4）：对备份数据进行调用。
4. 根据权利要求 3 所述的自动备份装置，其特征在于，所述数据处理系统（1）包括微处理器，所述微处理器分别连接网卡芯片、网络接口、数据接口、电源电路、存储器。
5. 根据权利要求 4 所述的自动备份装置，其特征在于，所述数据接口包括总线数据接口、SW 数据接口。
6. 根据权利要求 5 所述的自动备份装置，其特征在于，所述存储器包括同步动态随机存取内存、NAND FLASH 存储器。
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